JP2009286488A

JP2009286488A - 紙容器

Info

Publication number: JP2009286488A
Application number: JP2008144204A
Authority: JP
Inventors: Eriko Nagata; 絵理子永田
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2008-06-02
Filing date: 2008-06-02
Publication date: 2009-12-10

Abstract

【課題】加熱成形時に積層材料同士を溶融接合する際、紙層に含有する水分蒸発による紙層とバリア層との間に生じる発泡現象を緩和・防止して、シール部分の発泡やそれによる液漏れ等の不良がない紙容器を提供する。
【解決手段】紙層とバリアフィルム層とを溶融押し出し樹脂層を介して積層した積層材料を成形してなる紙容器において、積層材料のシーラント層側の紙層が、積層前に予め凹凸状にエンボス加工されており、また、紙層のシーラント層側表面が、クレーコート層であり、また、溶融押し出し樹脂層の少なくとも紙層側の樹脂が、高密度ポリエチレンである。
【選択図】図２

Description

本発明は、飲料、アルコール類などを内容物とする、バリアフィルム層を有する紙基材を主体とする積層材料を成形してなる紙容器に関する。

近年、環境問題が重要視されて、容器類および包装材料の易廃棄性が必要とされ、易焼却性、リサイクル性、またはリサイクル材料の需要が高まっている。液体用紙容器も従来のガラス容器や金属容器に替わって、牛乳、乳酸飲料、液体スープなどのチルド流通タイプの液体食品や、清酒、めんつゆ、果汁飲料などの長期保存を必要とする常温タイプの液体食品など、広い範囲で使用されるようになってきた。特に、レトルト殺菌できるエコロジー対応の、間伐材等のパルプを原料とする紙製容器へのニーズが非常に高まっている。

このため、紙基材を主体とする積層材料を成形してなる、カップ形状、円筒型形状、あるいは、予め設けた罫線から折り曲げ成形してなる屋根型形状の紙容器が食品用容器として提案され使用されている。これらの紙容器には一般的に、［容器外側］ポリエチレン／紙／バリア層／シーラント層［容器内側］のような層構成からなる積層材料が使用されており、紙とバリア層とは溶融押し出し低密度ポリエチレン樹脂を介して積層された積層材料が使われていた。しかしながら、液体状内容物または酸素、水蒸気に対するバリア性が要求される固体状内容物を充填・保存するに好適な紙容器を、特にヒートシールなどにより加熱成形する際には、紙層中に含む水分が加熱されて生ずる水蒸気による積層材料に発生するバブリング（発泡）現象を抑制し、積層材料の層間で生ずる層間剥離やピンホールの発生を防止する技術が必須であり課題であった。

これに対して、特許文献１では、紙層とバリア層とをドライラミネート層を介して積層した基材の両面に、熱可塑性樹脂層を設けた積層材料を加熱成形した、加熱時にバブリング現象のない紙製液体容器が開示されている。この場合、耐熱性は向上するが、加工速度が遅く、接着剤の硬化に時間がかかり、接着剤の乾燥が不十分な場合には残留溶剤等の問題もある。

また、特許文献２では、厚紙層の一面に外層樹脂層をラミネートし、その厚紙層の他面にプラスチック樹脂層等の接着層やバリア層などを介して内面シーラント樹脂層をラミネートした液体包装用の紙製容器材料が記載されている。そしてその外層樹脂層に、厚紙層に達する水蒸気透過性の微細な孔設部を設けることで、溶融接合する際、厚紙層に含まれる水分蒸発による厚紙層と接着層やバリア層との層間に生ずる発泡現象を防止する技術が開示されている。この場合、特殊な加工装置が必要であり、かつ、厚紙層には外部からの水分等の浸透に耐える特殊な紙を使う必要がある。

また、特許文献３では、外面側よりポリエチレン樹脂、紙、中間樹脂層、バリアフィルム、シーラント層が順次積層された積層材料で、中間樹脂層に高融点のポリエチレン樹脂を用いた、成形時にピンホールの発生のないカップ状容器が開示されている。この場合、積層するための加工温度が高くなり、また、紙の平滑性が高い場合には接着強度が出にくい問題がある。

さらに、特許文献４では、紙層とバリアフィルム層とを溶融押し出し樹脂層を介して積層した紙基材を主体とする積層材料を成形してなる紙容器で、サイズ度が４００秒以上の紙基材にウレタン結合を有する２液硬化型接着剤層を０．５ｇ／ｍ²以上４ｇ／ｍ²以下の塗布量で形成し、その接着剤層を紙層と溶融押し出し樹脂層の間に介在させるようにして
、紙層とバリアフィルム層を積層した積層材料を成形する紙容器が開示されている。この構成は積層の接着安定性が向上するが、工程数が増える問題がある。
特開平１０−１３８３７０号公報特開２０００−２０３５５６５号公報特開２００３−２２１０２４号公報特開２００６−１６８７７５号公報

本発明は、係る技術的問題点に鑑みてなされたものであり、紙層とバリアフィルム層とを溶融押し出し樹脂層を介して積層した積層材料を成形してなる紙容器において、加熱成形時に積層材料同士を溶融接合する際、紙層に含有する水分蒸発による紙層とバリア層との間に生じる発泡現象を緩和・防止して、シール部分の発泡やそれによる液漏れ等の不良がない紙容器を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る発明は、少なくとも、紙層とバリアフィルム層を有したシーラント層とを、溶融押し出し樹脂層を介して積層した紙基材を主体とする積層材料を成形してなる紙容器において、前記積層材料の、前記シーラント層側の前記紙層が、積層前に予め凹凸状にエンボス加工されていることを特徴とする紙容器である。

また、本発明の請求項２に係る発明は、前記積層材料の、前記紙層の前記シーラント層側表面が、クレーコート層であることを特徴とする請求項１に記載する紙容器である。

また、本発明の請求項３に係る発明は、前記積層材料の、前記溶融押し出し樹脂層の少なくとも前記紙層側の樹脂が、高密度ポリエチレンであることを特徴とする請求項１または２に記載する紙容器である。

本発明の紙容器によれば、紙層とバリアフィルム層とを溶融押し出し樹脂層を介して積層する際に、積層前に予め凹凸状にエンボス加工した紙層とバリアフィルム層とを押し出しサンドラミネーション法により積層された積層材料を成形してなる紙容器であることから、理論的に明確な解明はされていないが、紙層中に含む水分が加熱されて生ずる水蒸気が紙層と溶融押し出し樹脂層との間に形成された微小な空隙に、瞬間的に逃げて圧力緩和されることで発泡現象が抑制されると共に、点接着状の溶融押し出し樹脂層の未接着部分が伸縮することで、破泡によるピンポールの発生が抑えられることが想定され、積層材料の層間で生ずる層間剥離やバブリング現象が抑制され、液漏れ等の不良のない紙容器を提供することが可能となる。

また、本発明の紙容器によれば、密度が低く空隙率の大きい紙が望ましいが安定して抄紙することが難しくコスト高となる。単に表面が粗い紙層を用いた場合には、紙層とバリアフィルム層との溶融押し出し樹脂層を介しての積層の接着強度がばらつき、不安定になる場合がある。その場合紙層のシーラント層側表面にクレーコート層を設け、かつ、積層前に予め凹凸状にエンボス加工することでクレーコート層に微細な空隙が入り、積層材料の層間接着強度を適切に制御でき、かつ、バブリング現象を抑制することが可能となる。

さらに、本発明の紙容器によれば、積層材料の溶融押し出し樹脂層の少なくとも紙層側の樹脂が、高密度ポリエチレンであることで、加熱成形時の耐熱性と共に、低密度ポリエチレンと比較して加熱溶融時の溶融粘度が低く凹凸状にエンボス加工した紙層と接着しやすいため、層間接着強度が安定し、層間剥離やバブリング現象が抑制される。

以下、本発明の紙容器を、一実施形態に基づいて図面を参照して説明する。図１は、本発明の紙容器の一例の円筒形状の紙容器を示す外観模式図である。（a）は、上部（蓋部）から見た模式図であり、（ｂ）は紙容器の断面を側面から見た外観模式図である。また、図２は、本発明の紙容器を構成する積層材料の一例を説明する拡大断面模式図である。

本発明の一例としての円筒型形状の紙容器１０は、図１に示すように、少なくとも、紙層とバリアフィルム層を有したシーラント層とを、溶融押し出し樹脂層を介して積層した紙基材を主体とする積層材料２０を成形してなる紙容器であって、円筒形状の胴部材（サイド材）３０と、円形の外周縁部が外面側に起立した（上部）蓋材（トップ材）４０と、円形の外周縁部が外面側に起立した（下部）底材（ボトム材）５０からなる。これらは、胴部材３０の上部内面に蓋材４０の外周縁部の内面が接合し、胴部材３０の下部内面に底部材５０の外周縁部の内面が接合し、さらに蓋材４０の外周縁部を覆うように胴部材３０の上端縁部が内方に折り曲げられ、同様に底材５０の外周縁部を覆うように胴部材３０の下端縁部が内方に折り曲げられ、缶のような円筒型構造を有するものである。

この円筒型形状紙容器１０のトップ材４０、サイド材３０、ボトム材５０は、基本的に図２に示すように、最外層から、熱可塑性樹脂層２１／紙層２２／溶融押し出し樹脂層２５／バリアフィルム層２６／シーラント層２７が順次積層されており、そしてシーラント層側の紙層が、積層前に予め凹凸状にエンボス加工２９されていて、この凹凸状にエンボス加工された紙層面とバリアフィルム層とを溶融押し出し樹脂層を介して積層した積層材料２０からなる。なお、トップ材、サイド材、ボトム材の各層の厚みは用途に応じて変更可能である。

本発明の紙容器を構成する積層材料２０に使用される紙層２２を構成する紙基材は、円筒型形状紙容器に成形する際、折り曲げたり、絞ったりする適性に優れた、坪量が２００〜４００ｇ／ｍ²程度のバージンパルプからなるカップ原紙が好適に使用できる。

紙基材は、積層前に予め凹凸状にエンボス加工を行う。エンボス加工は公知の技術を用いて行うことが可能である。本発明の紙容器に適した方法として、具体的には、紙層とバリアフィルム層とを押し出しサンドラミネーション法により積層する工程において、積層部の前で、ゴムロールと微細な突起が形成された金属性のエンボスロールで走行する紙基材を挟圧する方法が好ましい。エンボスロールとしては、高さが３〜１００μｍの針状、円錐または角錐状の突起が、それぞれの間隔が１０〜３００μｍで表面全面に配置されたものが使用できる。紙基材を挟圧する圧力としては、０．５ＭＰａ〜４００ＭＰａ程度が好ましい。なお、加熱しても加熱しなくてもかまわない。

また、紙基材には密度が低く空隙率の大きい紙が望ましいが、このような紙は安定して抄紙することが難しくコスト高となるため、通常の表面が粗い紙層を用いて、紙層のシーラント層側表面にクレーコート層２３を設け、かつ、積層前に予め凹凸状にエンボス加工することでクレーコート層に微細な空隙が入り、積層材料の層間接着強度を適切に制御でき、かつ、バブリング現象を抑制することが可能である。なお、内面側のクレーコート層２３は印刷適正を求める目的でないため厚くする必要はなく、２０ｇ／ｍ²程度が好ましい。なお、必要に応じて、紙基材の熱可塑性樹脂層と接する面にクレーコート層２４および印刷層２８を設けることができる。

熱可塑性樹脂層２１は、目的に応じて選択することが可能であり特に制限されない。例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエステル樹脂、エチレン系共重合体樹脂、ポリアミド樹脂（ナイロン６、ナイロン６６など）、ポリ塩化ビニルなどが挙げられる。

本発明の紙容器を構成する積層材料に使用される溶融押し出し樹脂層２５を構成する溶融押し出し樹脂としては、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン−アクリル酸共重合体（ＥＡＡ）、エチレン−メチルメタアクリレート共重合体（ＥＭＡＡ）、エチレン−アクリル酸エチル共重合体（ＥＥＡ）などの単体またはブレンドしたものが使用できる。

さらに、本発明においては、上記した樹脂を主材料としながら、溶融押し出し樹脂層の紙層側の樹脂として、軟化点が１１０℃以上の中密度又は高密度ポリエチレンが使用できる。具体的には、高速での押し出し加工性に優れた前記した軟化点の低い樹脂をコアまたはバリアフィルム側として共押し出しで中密度または高密度ポリエチレンを押し出しすることができる。溶融押し出し樹脂層の厚さは１５〜６０μｍ程度とすることが好ましい。

本発明の紙容器を構成する積層材料に使用されるバリアフィルム層２６としては、ガスバリア性や水蒸気バリア性を付与する層で、アルミニウム箔、アルミニウム蒸着フィルム、金属酸化物蒸着フィルム、エチレンビニルアルコール共重合樹脂、塩化ビニリデンフィルム、ポリビニルアルコールフィルム等が好ましく使用できる。なお、必要に応じて、上記フィルムにＰＥＴフィルム、ポリアミドフィルムなどを積層しても良い。

次に、本発明の紙容器を構成する積層材料に使用されるシーラント層２７としては、容器内面に露出して食品と接触すると共に、シーラント層同士の熱融着性、あるいはシーラント層２７と熱可塑性樹脂層２１との熱融着性又は熱接着性が必要である。低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、直鎖状（線状）低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、アイオノマー樹脂、エチレン−アクリル酸共重合体（ＥＡＡ）、エチレン−メチルメタアクリレート共重合体（ＥＭＡＡ）、エチレン−アクリル酸エチル共重合体（ＥＥＡ）、エチレン−プロピレン共重合体、メチルペンテンポリマー、ポリエチレンもしくはポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂をアクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フマール酸、イタコン酸等の不飽和カルボン酸で変性した酸変性ポリオレフィン系樹脂が使用できる。厚さは、３０〜１００μｍ程度が好適に使用できる。

熱可塑性樹脂層２１、紙層２２、溶融押し出し樹脂層２５、バリアフィルム層２６、シーラント層２７の各層の積層は、溶融押し出しラミネート法、ドライラミネート法などの、公知の方法を用いて行うことができる。また、各層の貼り合せにあたっては、必要に応じて、コロナ放電処理、アンカーコート処理などの接着改善処理を行うことができる。

このようにして作製した積層材料２０を用いて、公知の（例えば、凸版印刷株式会社商標「カートカン」）円筒形状の紙容器成形機を用いて、例えば、図１に示すような紙容器１０を成形することができる。

以下に、本発明の実施例および比較例について説明する。なお、本発明は、後述する実施例に限定されるものではない。

以下の実施例および比較例では、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）は、融点が１１６℃、軟化点が１０４℃、密度が０．９１８ｇ／ｃｍ³のものを、高密度ポリエチレンは、融点が１３０℃、軟化点が１２２℃、密度が０．９４１ｇ／ｃｍ³のもので、いずれも三井化学株式会社製を用いた。また、バリアフィルム層としては、厚み１２μｍの二軸延伸されたポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム上に酸化アルミニュウムを反応性の物理蒸着で４０ｎｍの厚さに設けたバリアフィルムと、酸化アルミニュウムを内側にサンドイッチする形で、他の厚み１２μｍのＰＥＴフィルムとを二液反応型ポリエステル系接着剤を介して貼り合わせたものを用いた。

円筒形状の紙容器用のトップ材、ボトム材及びサイド材用の積層材料を作製した。また、サイド材の紙端面が容器内部に露出せずに胴部を筒状に接合させるためのエッジプロテクトテープ３３は、上記バリアフィルム層の両面にＬＤＰＥをそれぞれ２０μｍも受けたものを用いた。なお、蓋部に設ける内容物注入用の開口を塞ぐ飲み口用のタブ材４４は使用しなかった。

＜蓋材（トップ材）用積層材料＞
［容器外側］ＬＤＰＥ（４０μｍ）／カップ原紙（２５０ｇ／ｍ²）／ＬＤＰＥ（５５μｍ）／ＰＥＴ（１２μｍ）／酸化アルミニウム蒸着ＰＥＴ（１２μｍ）／ＬＤＰＥ（６０μｍ）［容器内側］からなる構成の蓋材（トップ材）用の積層材料を作製した。

＜底材（ボトム材）用積層材料＞
［容器外側］ＬＤＰＥ（２０μｍ）／カップ原紙（２００ｇ／ｍ²）／ＬＤＰＥ（３５μｍ）／ＰＥＴ（１２μｍ）／酸化アルミニウム蒸着ＰＥＴ（１２μｍ）／ＬＤＰＥ（６０μｍ）［容器内側］からなる構成の底材（ボトム材）用の積層材料を作製した。

＜胴部材（サイド材）用積層材料（イ）＞
［容器外側］ＬＤＰＥ（２０μｍ）／／カップ原紙（３００ｇ／ｍ²）／クレーコート層（２０ｇ／ｍ²）・エンボス加工有り／／ＨＤＰＥ（３０μｍ）／／ＬＤＰＥ（１５μｍ）／／ＰＥＴ（１２μｍ）／／酸化アルミニウム蒸着ＰＥＴ（１２μｍ）／／ＬＤＰＥ（６０μｍ）［容器内側］からなる構成の胴部材（ボトム材）用の積層材料（イ）を作製した。

＜胴部材（サイド材）用積層材料（ロ）＞
［容器外側］ＬＤＰＥ（２０μｍ）／／クレーコート層（２０ｇ／ｍ²）／カップ原紙（２８０ｇ／ｍ²）／クレーコート層（２０ｇ／ｍ²）・エンボス加工有り／／ＨＤＰＥ（３０μｍ）／／ＬＤＰＥ（１５μｍ）／／ＰＥＴ（１２μｍ）／／酸化アルミニウム蒸着ＰＥＴ（１２μｍ）／／ＬＤＰＥ（６０μｍ）［容器内側］からなる構成の胴部材（ボトム材）用の積層材料（ロ）を作製した。

＜胴部材（サイド材）用積層材料（ハ）＞
［容器外側］ＬＤＰＥ（２０μｍ）／／クレーコート層（２０ｇ／ｍ²）／カップ原紙（２８０ｇ／ｍ²）／クレーコート層（２０ｇ／ｍ²）・エンボス加工なし／／ＨＤＰＥ（３０μｍ）／／ＬＤＰＥ（１５μｍ）／／ＰＥＴ（１２μｍ）／／酸化アルミニウム蒸着ＰＥＴ（１２μｍ）／／ＬＤＰＥ（６０μｍ）［容器内側］からなる構成の胴部材（ボトム材）用の積層材料（ハ）を作製した。

次に、上記した積層材料を用いて、本発明の紙容器の実施例および比較例を、前述した円筒形状の紙容器成形機を用いて作製した。以下の説明では、成形のポイントのみを概略的に記述した。

＜実施例１＞
上記した、胴部材用積層材料（イ）を、エッジプロテクトテープを介して筒状に成形して胴部とし、円筒形状のサイド材の上に開口部を打ち抜いた円形の外周縁部が外面側に起立した蓋材（トップ材）を、下に円形の外周縁部が外面側に起立した底材（ボトム材）を配置する。次に、熱および圧力をかけながら、胴部材の上部内面に蓋材の外周縁部の内面を接合させ、また、胴部材の下部内面に底部材の外周縁部の内面を接合させ、さらに蓋材の外周縁部を覆うように胴部材の上端縁部を内方に折り曲げ、同様に底材の外周縁部を覆うように胴部材の下端縁部が内方に折り曲げて、ヒートシールにより一体化した直径５３ｍｍ、１９５ｇ容量の紙容器を作製した。この紙容器１００本に蓋材に設けられた開口部から、赤色の染色浸透探傷剤液（栄進化学株式会社製Ｒ−１ＡＮＴ）を入れて、蓋部を上にして１２時間室温放置後、液が漏れているかどうかを確認した。また、上記染色浸透探傷剤液を排出して容器を解体し、内面側から観察して、バブリングの発生があるかどうかを目視確認し、バブリングがない場合を○、発生している場合を×とした。さらに、胴部材の接合部に隣接した箇所の、紙層と溶融押し出し樹脂層との間を剥離して、紙剥けの有無で接着を確認した。紙剥けがある場合を○、紙剥けが無い場合を×とした。評価結果を、表１に示す。

＜実施例２＞
胴部材用積層材料として、（ロ）を用いた以外は、実施例１と同じ材料、同じ方法で紙容器を作成し、実施例１と同様の評価・確認を行った。評価結果を、表１に示す。

＜比較例１＞
胴部材用積層材料として、（ハ）を用いた以外は、実施例１と同じ材料、同じ方法で紙容器を作成し、実施例１と同様の評価・確認を行った。評価結果を、表１に示す。

＜比較結果＞
実施例１及び実施例２の紙容器では、紙層の容器内面の接液側及び両面にクレーコート層を有し、且つ、バリアフィルム層を有したシーラント層側すなわち溶融押し出し樹脂層側がエンボス加工されているため、加熱成形時の熱で紙中の水分蒸発によるバブリングの発生がなく、紙層と溶融押し出し樹脂層との接着が良好であり、液漏れの発生は認められなかった。それに対して、比較例１では、液漏れの発生は無かったが、バブリング現象が発生しており、紙層と溶融押し出し樹脂層との接着も紙剥けがなく、本比較例での１２時間の室温放置では液漏れは発生しなかったが、経時でバブリング破泡部から内容液が徐々に浸透することが予想された。

本発明の紙容器の一例の円筒形状の紙容器を示す外観模式図である。本発明の紙容器を構成する積層材料の一例を説明する拡大断面模式図である。

符号の説明

１０・・・紙容器２０・・・積層材料２１・・・熱可塑性樹脂層
２２・・・紙層２３、２４・・・クレーコート層（内面）（外面）
２５・・・溶融押し出し樹脂層２６・・・バリアフィルム層
２７・・・シーラント層２８・・・印刷層２９・・・エンボス加工部
３０・・・胴部材（サイド材）３３・・・エッジプロテクトテープ
４０・・・蓋材（トップ材）４４・・・タブ材５０・・・底材（ボトム材）

Claims

少なくとも、紙層とバリアフィルム層を有したシーラント層とを溶融押し出し樹脂層を介して積層した紙基材を主体とする積層材料を成形してなる紙容器において、
前記積層材料の、前記シーラント層側の前記紙層が、積層前に予め凹凸状にエンボス加工されていることを特徴とする紙容器。
前記積層材料の、前記紙層の前記シーラント層側表面が、クレーコート層であることを特徴とする請求項１に記載する紙容器。
前記積層材料の、前記溶融押し出し樹脂層の少なくとも前記紙層側の樹脂が、高密度ポリエチレンであることを特徴とする請求項１または２に記載する紙容器。